摘要：近年来随着城市轨道交通的发展，地铁已经成为国内各大城市交通优先发展的骨干目标，它可以向下拓展城市空间，使得城市的发展更加广阔，并且因为其准时、高效、安全、方便等特点，成为了城市轨道交通线网的重要组成部分。地铁主要分为供电系统、列车牵引系统、信号系统等各个部分，各系统的稳定运行是地铁安全运营的基础，此次部分是探讨因运营方式、成本、可行性等因素对供电系统的影响，有助于提高安全效益及经济效益，按照合理的因素选择合理的供电方式，提升地铁对供电系统突发事件的处理能力。
关键词：地铁供电系统；地铁供电方式
引言
随着城市发展体量增大以及人口不断的聚集，对城市原有的交通网络提出了更高的要求，地铁应运而生，随着科技的发展，地铁稳定性的增加，大大缓解了城市交通网络的压力，增加了城市可发展空间，并减少了城市污染，节约能源。相对应的，地铁对于组成的各个系统的稳定要求也在不断提高。地铁采用的供电系统是关系到地铁运营的关键因素，不仅为列车提供动力，并且对列车通风、照明、消防、信号等方面也起着至关重要的作用，因此供电系统的持续、可靠运行对地铁运营起到了非常重要的作用。
一、地铁供电系统
地铁供电系统是指为地铁电力机车运行所需的接触网、变电所、列车牵引供电、通风、照明、消防等各项电力设施提供基础电力保证并稳定运行的系统。轨道交通系统因其结构及独特的运行方式，对于电力系统的稳定性和持续性具有非常高的要求。在轨道交通发展历史中，由伦敦地下铁路最早使用电力机车，应用电力系统为其牵引动力至今已有一百多年的历史。在不断发展的进程中，不同国家和地区标准的不同，对列车供电系统提出了各项要求，因此多样性的供电方式满足不同的供电要求，也给地铁建设提供了不同的选择方案。
地铁供电系统主要主有两大部分组成，一是从城市电网引入电源，为整个地铁提供动力能源，二是将电力分配到地铁各个用电系统。地铁供电系统主要包括主变电所、环网电缆网络、牵引及降压变电所、接触网、电力监控系统、杂散电流防护、动力照明等。主变电所是为地铁整条线路承担电力负荷，通过环网电缆网络将各级变电所以及全线的各牵引变电所、降压变电所等连接起来，一部分通过接触网为列车牵引供电，保证列车的正常运行，并通过杂散电流防护系统对杂散电流进行收集及监控，减少对隧道钢筋结构以及设备的电腐蚀，一部分供给电力监控系统，满足对供电系统故障保护、运行控制、数据采集、以及电力调度通信的要求，另一部分满足各车站通风、照明、消防等系统的电力要求。供电系统的各项子系统有不同的电压要求，这就需要供电系统必须有足够的稳定性及灵活性，保证各个子系统结合、有序的运行。
二、地铁供电方式的分类
目前我国地铁供电电源是由城市电网能源提供，按各电压供电层级及方式分为三种，即集中供电方式、分散供电方式、和混合供电方式。
（一）集中供电方式
集中供电方式是指在地铁线路上根据位置、用电量等设置主变电所，从城市电网经过变配电为主变电所供电，结合线路设置相应的牵引变电所及降压变电所、跟随变电所，通过环网电缆向各子系统供电。
（二）分散供电方式
分散供电方式是指不设置主变电所，由城市电网经过变配电，通过环网电缆网络输送至地铁沿线的牵引变电所、降压变电所及跟随所，再向其他供电子系统提供电源。
（三）混合供电方式
混合供电方式是指在同一线路上采用集中供电方式和分散供电方式进行供电。
三、各供电方式的特点分析
（一）、集中供电方式：因集中供电方式采用了主变电所的形式，通常从城市电网以110KV向主变电所供电，并通过主变电所将高压转换为35KV等地铁需要的电压等级，所以集中供电方式的可靠性一般较高，便于集中管理，有较好的谐波抑制效果，并且对于环网电缆的敷设可以沿隧道壁或高架桥进行，便于电缆维护及保养。但是对于这种供电方式对主变电所要求较高，需要大容量的电压变压器及大容量的传输设备。目前来讲，国内较多地铁使用此种供电方式，如上海、广州、深圳等地铁。
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（二）、分散供电方式：分散供电方式直接由城市电网为地铁运营提供电源，所以必须在地铁沿线有足够的变电站和备用容量，不同的变电站负责一段区域地铁供电，相互之间独立工作，并在两者之间互为备用，优点是可以利用不同的变电站相互之间提高供电可靠性，缺点是不便于集中管理，并要求需要在地铁沿线有变电所，各部门之间配合多，管理难度较大，如早期的北京地铁就是使用此种供电方式。
（三）、混合供电方式：由于此种供电方式在充分利用了城市电网的电力资源，并且在难于利用城市电网的位置用主变电所进行供电，供电方式较为灵活，但是存在施工复杂，管理比较困难，供电可靠性较低等缺点，在现实中较难实现。
四、地铁供电系统供电方式的选择方法
目前根据国内各个地铁的运营现状以及以上分析内容，总结以下几点进行选择：
（一）电能质量方面
通常情况下集中供电方式从城市电网取得电能以后，在主变电所内经过变配电系统取得较为稳定的高压电，并由主变电所统一向各牵引变电所、降压变电所进行供电，整条线路供电连续性较高，电能质量较高，而分散式供电由多个相对独立的变电所进行供电，相对来说电能质量较差。
（二）运营管理方面
在城市轨道交通运营管理过程中，集中供电方式对应上级为城市电网，协同部门只需要与单一的供电部门对接，在后期维护过程中重点在运营单位内部主变电所，因此管理较为集中、清晰。分散供电方式对应的上级供电部门较多，存在多接口管理，管理复杂，对于后期管理及运营存在不利影响。
（三）供电可靠性方面
集中供电方式在供电过程中，每座主变电所设置两台主变压器，由城市电网引进两路独立的110KV专用供电线路，两回路同时分列运行，互为备用，通过35KV馈出电缆为相应的电力负荷供电，并在主变电所以及相应的供电回路内存在不同的电路保护，不论是供电可靠性还是故障率以及影响情况来说都较为理想。分散供电方式由于和城市电网接口相对较多，各方面干扰因素也较多，各接口之间的配合又较为复杂，相对的降低了供电的可靠性。
（四）施工建设及后期运营维护方面
由于集中供电方式需要单独的主变电所，并且供电要求高，因此在施工方面投入成本会更多，环网电缆的敷设可以利用现有的隧道或者高架，施工较为简单，在城市内单独修建需要考虑出制约因素也较少，后期运营所投入的要求较低。分散供电方式需要设备等较少，前期投入的成本较低，但是与城市电网存在多接口，施工情况复杂，对城市影响较大，后期的运营维护投入较大。
五、供电系统体系的构建策略
由于城市轨道交通供电系统与城市电网之间的密切关系，因此在设计时需要根据城市电网的构成情况、施工影响情况、管理情况、供电可靠性、后期运营等方面的情况进行牵引供电体系的构建。牵引供电体系是地铁运营的最主要体系，主要任务是对列车牵引进行供电，保证列车的正常运行。
六、结语
地铁供电系统是地铁运营管理的重要组成部分，通过上文分析，结合城市轨道交通系统的发展以及行业内部来看，集中供电方式从多个方面优于分散供电方式，成为了目前各个城市地铁供电系统的共同选择。随着科技的进步以及未来城市的发展，地铁供电方式也会朝着更科学的方向发展，力求更加符合城市发展规划和趋势。
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论文作者:张向辉
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/17
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